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1、第四章第四章 感觉系统对感觉系统对运动控制的作用运动控制的作用李翰君李翰君 北京体育大学北京体育大学 2019 2019年年8 8月月学习目标学习目标通过本章内容的学习，理解：1.各种感觉信息在动作控制中的作用及意义2.闭环控制系统的动作控制3.视觉在动作控制中的重要作用关键概念闭环控制系统 (closed-loop control system)反馈（feedback）动作视觉（vision for action）知觉视觉（vision for perception）触前时间（time to contact,TC）前馈（feedforward）第一节 感觉系统与闭环控制一、感觉系统一、感觉系
2、统一、感觉系统一、感觉系统感觉统合的脑机制二、感觉信息与闭环系统二、感觉信息与闭环系统闭环控制：又称反馈控制执行系统是对误差进行决策判断。效应器系统是实施所作的决策。反馈与正确的参照值相比较来确定误差。误差信号是继续被执行系统所使用的信息。二、感觉信息与闭环系统二、感觉信息与闭环系统运动中的闭环控制模型三、反射性闭环控制系统三、反射性闭环控制系统M1反应：单突触反射30-50msM2反应：长环反射50-80ms触发反应80-120msM3反应：反应时120-180ms三、反射性闭环控制系统三、反射性闭环控制系统第二节 视觉与动作控制 视觉的两个系统 中央视觉（central vision, f
3、oveal or focal vision） 外周视觉 (peripheral vision, ambient vision)特点特点中央视觉中央视觉外周视觉外周视觉视野定位视野定位觉察觉察低照明效应低照明效应一般解决的问题一般解决的问题中央中央有意识有意识损害损害这是什么？这是什么？(What)中央和外周中央和外周无意识无意识无无它在哪里？它在哪里？(Where)一、视觉信息一、视觉信息一、视觉信息一、视觉信息腹侧视觉系统：有意识分析的知觉。只限制在中央视觉需要聚焦和充足的光线。于人体注视聚焦的物体很敏感背侧视觉系统为运动的视觉控制提供知觉信息全视野的（接近180度），不要求聚焦光线微弱的情
4、况下也能工作。optical flow眼球移動目標固定目標网球击球时，何时开始动作，何时球拍与球接触，这些信息网球击球时，何时开始动作，何时球拍与球接触，这些信息的获得离不开视觉信息。的获得离不开视觉信息。当球接近人时，球距离越近，视网膜上的投影的变化率越大。当球接近人时，球距离越近，视网膜上的投影的变化率越大。通过这种信息可以判断物体接触到视网膜的时间，即触前时通过这种信息可以判断物体接触到视网膜的时间，即触前时间间Tc.Tc.一、视觉信息一、视觉信息一、视觉信息一、视觉信息运动员运用视觉运动员运用视觉信息来准确起跳。信息来准确起跳。接近接近40%40%的调整都的调整都发生在最后一步。发生在
5、最后一步。二、视觉反馈时间二、视觉反馈时间虚线表示一直亮灯的控制组虚线表示一直亮灯的控制组抓球前，被试看不到球的时抓球前，被试看不到球的时间分别为间分别为300300、250250、200200、150150和和100ms100ms结果发现，抓球的成绩随着结果发现，抓球的成绩随着无视觉时间缩短而提高，即无视觉时间缩短而提高，即使在抓前无视觉时间为使在抓前无视觉时间为150150与与100ms100ms也存在差异。也存在差异。说明即使只有不到说明即使只有不到100ms100ms的的视觉信息都可以对抓住球起视觉信息都可以对抓住球起到积极性作用。到积极性作用。第三节 听觉与动作控制听觉与动作控制听觉
6、与动作控制跑步的脚步声反映出跑步者的节奏；跑步的脚步声反映出跑步者的节奏；球棒撞击声为棒球运动员提供棒球被击中程度的信息；球棒撞击声为棒球运动员提供棒球被击中程度的信息；高尔夫球手通过杆头与球碰撞声音判断击球情况高尔夫球手通过杆头与球碰撞声音判断击球情况一般来说，听觉信息的传递速度比视觉信息要快，但视觉一般来说，听觉信息的传递速度比视觉信息要快，但视觉信息比听觉信息要更为重要。有些研究者认为，两种信息以信息比听觉信息要更为重要。有些研究者认为，两种信息以相同的方式发挥作用。例如，蝙蝠在黑色的洞穴中飞行时，相同的方式发挥作用。例如，蝙蝠在黑色的洞穴中飞行时，利用利用声波信息声波信息进行方位定向，
7、从物体反射回来（外部感受反进行方位定向，从物体反射回来（外部感受反馈）以及自身运动（本体感受反馈）的声音为它们在洞穴中馈）以及自身运动（本体感受反馈）的声音为它们在洞穴中定位提供信息。定位提供信息。听觉与动作控制听觉与动作控制 在运动技能学习过程中，技巧性的动作需要精确的空间在运动技能学习过程中，技巧性的动作需要精确的空间与时间调控才能顺利完成。研究表明，听觉导引状况下的与时间调控才能顺利完成。研究表明，听觉导引状况下的节节律性手指动作律性手指动作在目标信号与动作间出现的吻合度较高，而视在目标信号与动作间出现的吻合度较高，而视觉导引状况下的动作吻合度则较听觉导引差。影像学研究也觉导引状况下的动
8、作吻合度则较听觉导引差。影像学研究也显示：不同感觉导引状况下的节律性手指动作所激发的脑部显示：不同感觉导引状况下的节律性手指动作所激发的脑部活动回路也不尽相同。但是，不同感觉信息是如何影响最终活动回路也不尽相同。但是，不同感觉信息是如何影响最终动作表现的目前还不清楚，听觉在运动控制中的作用也还需动作表现的目前还不清楚，听觉在运动控制中的作用也还需要进一步探索。要进一步探索。听觉与动作的控制听觉与动作的控制跑步的脚步声反映出跑步者的节奏；跑步的脚步声反映出跑步者的节奏；球棒撞击声为棒球运动员提供棒球被击中程度的信息；球棒撞击声为棒球运动员提供棒球被击中程度的信息；高尔夫球手通过杆头与球碰撞声音判
9、断击球情况高尔夫球手通过杆头与球碰撞声音判断击球情况第四节 本体感觉与动作控制 本体感觉： 对肢体、躯干和头部运动特征的感知；是由传入神经通路传送到中枢神经系统的关于如肢体活动方向、位置、空间定位和速度等特征的本体感觉信息。 闭环模式： 本体感觉反馈显著作用 本体感觉信息可以使对动作进行修正 开环模式： 不需要本体感觉反馈 本体感觉存在，但因时间限制，动作来不及修正。如快速投掷动作。一、本体感受器一、本体感受器无本体感觉的表现去感觉神经去感觉神经 动物手术：切断神经传导动物手术：切断神经传导 神经疾患者神经疾患者暂时的神经阻断技术：捆扎暂时的神经阻断技术：捆扎 人可以在肌肉和关节传入感觉缺失的
10、情况下完成手、人可以在肌肉和关节传入感觉缺失的情况下完成手、臂空间定位臂空间定位肌腱振动技术：振动器肌腱振动技术：振动器 本体感觉反馈失真。本体感觉反馈失真。动物手术：切断神经传导动物手术：切断神经传导精度明显不如精度明显不如从前，但依然从前，但依然具有完成技能具有完成技能的能力的能力肌腱振动技术：肌腱振动技术： 影响运动的准确性 对肢体错误位置的反馈提供了纠错的基础。 影响动作指令的开始时间 例如，伸直食指同时提踵。 肢体协调二、本体感觉的作用二、本体感觉的作用第五节 前馈对动作控制的影响前馈 在动作产生前，进行预测并采取措施，使在动作产生前，进行预测并采取措施，使可能出现的偏差可以事先解决
11、的控制方法可能出现的偏差可以事先解决的控制方法叫做前馈控制。叫做前馈控制。 BrodieBrodie等（等（19851985）指出，人体主动运动比被动运动的动觉能力水平高。）指出，人体主动运动比被动运动的动觉能力水平高。他做了个著名的实验，任务是被试触摸几块粗糙程度不同的砂纸，闭上眼睛他做了个著名的实验，任务是被试触摸几块粗糙程度不同的砂纸，闭上眼睛根据食指感受的粗细程度对它们进行排列。首先，在砂纸上主动用手摸，随根据食指感受的粗细程度对它们进行排列。首先，在砂纸上主动用手摸，随后由其他人拿着你的手以相同的方式在纸上摸，即被试是被动的。你会发现后由其他人拿着你的手以相同的方式在纸上摸，即被试是
12、被动的。你会发现在被动条件下手对砂纸的感知能力会下降很多。在被动条件下手对砂纸的感知能力会下降很多。 思考一下为什么？思考一下为什么？一种解释可能是在主动运动时，运动系统发送的运动开始命令的同时，一种解释可能是在主动运动时，运动系统发送的运动开始命令的同时，也同时输出复制到大脑的感觉区域，从而对反馈信息做出正确的评价。也同时输出复制到大脑的感觉区域，从而对反馈信息做出正确的评价。 扫视眼动扫视眼动 SaccadeSaccade 目光在注视点之间快速短暂的运动目光在注视点之间快速短暂的运动视觉追踪的方法视觉追踪的方法 追踪一个步行的老人追踪一个步行的老人 需要眼动速度需要眼动速度 40 -70 40 -70 /s /s 慢速、平滑眼动慢速、平滑眼动 追踪排球扣球追踪排球扣球 需要眼动速度需要眼动速度500 500 /s /s 扫视眼动扫视眼动 Saccade Saccade 需要预判（前馈），若注视点错过了球的位置，需要预判（前馈），若注视点错过了球的位置，人是看不清楚球的人是看不清楚球的 什么是闭环控制系统？什么是闭环控制系统？ 中央视觉与周围视觉的区别？中央视觉与周围视觉的区别？ 什么是触前视觉信息？对于体育运动项目什么是触前视觉信息？对于体育运动项目有什么用？有什么用？ 本体感觉在运动控制中的作用。本体感觉在运动控制中的作用。 前馈和反馈的区别？前馈和反馈的区别？思考题思考题